JP2005124222A - 誘電体レンズアンテナおよびそれを用いた無線装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レンズの効率を劣化させることのない融雪機能を有する誘電体レンズアンテナ、およびそれを用いた通信装置を提供する。
【解決手段】誘電体を材料とするレンズ２を枠３に取り付けて保持して構成した誘電体レンズアンテナ１０において、レンズ２の表面に、複数の発熱線からなる発熱体１１を形成する。発熱体１１には降雪時や着雪時に電流が流され、発熱体で発生する熱によって、誘電体レンズアンテナ１０のレンズ２の表面に付着した行き雪を溶かすことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、誘電体レンズアンテナおよびそれを用いた無線装置、特に自動車搭載用レーダーに用いられる誘電体レンズアンテナおよびそれを用いた無線装置に関する。

近年の自動車搭載用レーダーの発展に伴って、自動車搭載用レーダーに用いられる誘電体レンズアンテナに、降雪や着雪に対する強さが求められるようになってきている。

図８に、従来の誘電体レンズアンテナを示す。ここで、図８（ａ）は平面図を、図８（ｂ）は図８（ａ）のＡ−Ａ断面図を表している。

図８において、誘電体レンズアンテナ１は、誘電体を材料とするレンズ２を枠３に取り付けて保持して構成されている。なお、一次放射器などの他の構成要素は、本発明の主要部ではないため省略している。

このように構成された誘電体レンズアンテナ１は、図８に示すｚ軸方向を自動車の進行方向に向けて搭載される。そのため、降雪時に自動車を走らせるとレンズ２の表面に雪が付着して、誘電体レンズアンテナ１の効率を劣化させるという問題点があった。

本発明は上記の問題点を解決することを目的とするもので、レンズの効率を劣化させることのない融雪機能を有する誘電体レンズアンテナおよびそれを用いた無線装置を提供する。

上記目的を達成するために、本発明の誘電体レンズアンテナは、誘電体を材料としたレンズと、該レンズの表面に形成した発熱体とを有し、前記発熱体は複数の発熱線を直列に接続してなり、前記発熱線の幅を、レンズの中央部では狭くし、かつレンズの端部では広くしたことを特徴とする。

また、本発明の誘電体レンズアンテナは、前記発熱体は複数の発熱線からなり、該複数の発熱線を、前記レンズを通る電波の主偏波に対して垂直の方向に沿って配置したことを特徴とする。

また、本発明の誘電体レンズアンテナは、互いに隣接する前記発熱線間の間隔を、レンズの中央部では広く、かつレンズの端部では狭く異ならせて配置したことを特徴とする。

また、本発明の誘電体レンズアンテナは、前記発熱体の周囲への着雪量を測定するセンサと、該着雪量に応じて前記発熱体の発熱量を制御する制御装置とを備えたことを特徴とする。

また、本発明の無線装置は、上記の誘電体レンズアンテナを用いたことを特徴とする。

このように構成することにより、本発明の誘電体レンズアンテナは、降雪時の効率の劣化を防ぐことができる。

また、本発明の無線装置は、誘電体レンズアンテナの効率の劣化による誤動作を防止することができる。

本発明の誘電体レンズアンテナによれば、誘電体を材料としたレンズの表面、もしくはレンズの表面に形成した整合層、もしくはレンズの表面を覆うレドームに複数の発熱線からなる発熱体を形成することによって、レンズの表面への着雪を防止し、降雪時の効率の劣化を防ぐことができる。

また、発熱線を、レンズを通る電波の主偏波に対してほぼ垂直の方向に沿って配置することによって、主偏波を妨げず、逆に交差偏波を妨げて、誘電体レンズアンテナの交差偏波特性を向上させることができる。

また、レンズの中央付近で発熱線の幅を狭くして、かつ隣接する発熱線間の間隔を広げ、端部付近で幅を広くして間隔を狭めることによって、誘電体レンズアンテナの効率の劣化を防ぐことができる。

また、発熱体の周囲への着雪量を測定するセンサと、着雪量に応じて発熱体の発熱量を制御する制御装置を備えることによって、発熱体の必要以上の発熱を抑制し、高速度で、効率よく雪を溶かすことができる。

また、本発明の無線装置によれば、本発明の誘電体レンズアンテナを用いることによって、降雪時の誤動作を防止することができる。

図１に、本発明の誘電体レンズアンテナの一実施例を示す。ここで、図１（ａ）は正面図を、図１（ｂ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ断面図を表している。図１において、図８と同一もしくは同等の部分には同じ記号を付し、その説明を省略する。なお、一次放射器などの他の構成要素は、本発明の主要部ではないため省略している。

図１に示した誘電体レンズアンテナ１０において、誘電体を材料とするレンズ２の表面には、複数の直線状の発熱線を直列に接続してなる発熱体１１が形成されている。各発熱線としては、ニクロム線などの電気抵抗の大きい金属が望ましい。

ここで、発熱体の形成方法としては、射出成形でレンズを成形する場合には、金型内にニクロム線を設置しておくことによって一体成形が可能である。
また、レンズがセラミックスの場合には、レンズの表面にペースト状の発熱体を印刷して焼き付けることによって形成することができる。

このように構成された誘電体レンズアンテナ１０において、発熱体１１には降雪時や着雪時に必要に応じて電流が流される。そして、発熱体１１で発生する熱によって、誘電体レンズアンテナ１０のレンズ２の表面に付着した雪を溶かすことができる。

このように、レンズ２の表面に発熱体１１を形成することによって、レンズ２の表面に雪が付着しにくくなり、誘電体レンズアンテナ１０の降雪時の効率の劣化を防ぐことができる。なお、発熱体１１で発生する熱は、レンズ２が断熱材としても働くため、レンズ２の内側に設けられる一次放射器などのシステム部（図示せず）にはほとんど影響を及ぼさない。

図２に、本発明の誘電体レンズアンテナの別の実施例を示す。ここで、図２（ａ）は正面図を、図２（ｂ）は図２（ａ）のＣ−Ｃ断面図を表している。図２において、図１と同一もしくは同等の部分には同じ記号を付し、その説明を省略する。

図２に示した誘電体レンズアンテナ２０において、レンズ２の表面には、レンズ表面における電波の反射を抑制するための整合層２１が形成されており、整合層２１の表面には複数の発熱線からなる発熱体２２が形成されている。発熱体２２には降雪時や着雪時に必要に応じて電流が流される。そして、発熱体２２で発生する熱によって、誘電体レンズアンテナ２０のレンズ２に形成された整合層２１の表面に付着した雪を溶かすことができる。

このように、レンズ２の表面に形成された整合層２１の表面に発熱体２２を形成することによって、整合層２１の表面に雪が付着しにくくなり、誘電体レンズアンテナ２０の降雪時の効率の劣化を防ぐことができる。

なお、図２に示した誘電体レンズアンテナ２０においては、整合層２１の表面に発熱体２２を形成していたが、整合層の内部に発熱体を埋め込んで構成しても構わず、同様の作用効果を奏するものである。そして、整合層の内部に発熱体を埋め込む場合は、整合層が発熱体を覆って保護することになるため、発熱体の耐久性を向上させることもできる。

図３に、本発明の誘電体レンズアンテナのさらに別の実施例を示す。ここで、図３（ａ）は正面図を、図３（ｂ）は図３（ａ）のＤ−Ｄ断面図を表している。図３において、図１と同一もしくは同等の部分には同じ記号を付し、その説明を省略する。

図３に示した誘電体レンズアンテナ３０において、レンズ２の表面を覆ってレドーム３１が設けられており、レドーム３１の表面には複数の発熱線からなる発熱体３２が形成されている。発熱体３２には降雪時や着雪時に必要に応じて電流が流される。そして、発熱体３２で発生する熱によって、誘電体レンズアンテナ３０のレドーム３１の表面に付着した雪を溶かすことができる。

このように、レドーム３１の表面に発熱体３２を形成することによって、レドーム３１の表面に雪が付着しにくくなり、誘電体レンズアンテナ３０の降雪時の効率の劣化を防ぐことができる。

なお、図３に示した誘電体レンズアンテナ３０においては、レドーム３１の表面に発熱体３２を形成していたが、レドームを構成する樹脂などの材料の内部に発熱体を埋め込んで構成しても構わず、同様の作用効果を奏するものである。
そして、レドームを構成する材料の内部に発熱体を埋め込む場合は、レドームが発熱体を覆って保護することになるため、発熱体の耐久性を向上させることもできる。

図４に、本発明の誘電体レンズアンテナのさらに別の実施例の平面図を示す。
図４において、図１（ａ）と同一もしくは同等の部分には同じ記号を付し、その説明を省略する。

図４に示した誘電体レンズアンテナ４０において、レンズ２の表面には、複数の発熱線からなる発熱体４１が、各発熱線をｙ軸方向に対して４５度傾いた矢印ｂの方向に沿って配置して形成されている。そして、誘電体レンズアンテナ４０は、主偏波の電界方向が、矢印ｂの方向と直交する矢印ａの方向に向いている電波に対して用いられる。すなわち、誘電体レンズアンテナ４０においては、レンズ２を通る電波の主偏波の方向と直交する方向に沿って発熱体４１の複数の発熱線を形成している。

このように、発熱体４１の複数の発熱線を、誘電体レンズアンテナ４０のレンズ２を通る電波の主偏波の方向と直交する方向に沿って形成することによって、発熱体４１は、ほとんど主偏波の通過の妨げにならなくなる。また、逆に、主偏波に対して直交し、不必要な偏波である交差偏波に対しては、偏波の方向と発熱体４１の複数の発熱線を形成した方向が一致するため、交差偏波は発熱体４１によって反射もしくは吸収され、レンズ２を通りにくい。その結果、誘電体レンズアンテナ４０の交差偏波特性を向上させる（誘電体レンズアンテナ４０を通った電波の主偏波に対して交差偏波を小さくする）ことができ、例えば自動車搭載用レーダーに用いた場合に誤測定や誤認識を防止することができる。

なお、上記の各実施例においては、各発熱線を直列に接続して発熱体を構成しているが、必ずしも直列接続に限るものではなく、並列接続としても構わないもので、同様の作用効果を奏するものである。しかも、並列接続の場合には、そのうちの１つの発熱線が断線するようなことがあっても、全体として効率は低下するが融雪機能は維持することができるという利点もある。

図５に、本発明の誘電体レンズアンテナのさらに別の実施例の平面図を示す。
図５において、図４と同一もしくは同等の部分には同じ記号を付し、その説明を省略する。

図５に示した誘電体レンズアンテナ５０において、レンズ２の表面には、複数の発熱線からなる発熱体５１が、各発熱線をｙ軸方向に対して４５度傾いた矢印ｂの方向に沿って配置して形成されている。しかも、各発熱線の幅と各発熱線間の間隔が場所によって異なるように配置されている。すなわち、レンズ２の中央付近を通って形成される発熱線の幅を狭くして、逆に、レンズ２の端部のみを通って形成される発熱線の幅を広くしている。また、互いに隣接する発熱線間の間隔を、レンズ２の中央付近を通って形成される場合に広くし、そこから離れてレンズ２の端部に近づくにしたがって狭くしている。

誘電体レンズアンテナにおいては、レンズの中央付近ほど電波のエネルギー密度が高くなり、中央から離れるにしたがってエネルギー密度は低くなる。そのため、レンズの中央付近ほど発熱体などの障害物によってレンズの効率の劣化する割合が大きくなる。

そこで、誘電体レンズアンテナ５０のように、レンズ２の中央付近においては互いに隣接する発熱線間の間隔を広くすることによって電波の通過の邪魔をしないようにし、、レンズ２の中央付近から離れて端部に近づくにしたがって発熱線間の間隔を狭くしている。ただ、レンズ２の中央付近で互いに隣接する発熱線間の間隔が広くなると、各発熱線の発熱量が同じであれば融雪効果が低下する。そこで、レンズ２の中央付近においては発熱線の幅を狭くして抵抗を大きくして同じ電流に対する発熱量を増やし、逆に、レンズの中心から離れるにしたがって、互いに隣接する発熱線間の間隔が狭くなっている分だけ発熱線自身の幅を広くして発熱量を小さくし、全体としてレンズの効率と融雪効果のバランスを取っている。

図６に、本発明の誘電体レンズアンテナのさらに別の実施例の断面図を示す。図６において、図１（ｂ）と同一もしくは同等の部分には同じ記号を付し、その説明を省略する。

図６において、誘電体レンズアンテナ６０は、レンズ２の表面の前記発熱体の周囲への着雪量を測定するセンサ６１と、着雪量に応じて発熱体１１の発熱量を制御する制御装置６２を備えている。

このように誘電体レンズアンテナ６０を構成することによって、着雪量に応じて発熱体１１の発熱量を制御することができ、発熱体の必要以上の発熱を抑制し、高速度で、効率よく雪を溶かすことができる。

なお、誘電体レンズアンテナにセンサと制御装置を組み合わせる構成は、図１に示した誘電体レンズアンテナ１０との組み合わせに限るものではなく、図２ないし図５に示した各誘電体レンズアンテナとの組み合わせにおいても同様に可能で、同様の作用効果を奏するものである。

なお、以上の各実施例においては、レンズの表側（外側）に発熱体を形成していたが、レンズの裏側（一次放射器を設ける側、内側）に発熱体を形成しても構わないものである。そして、その場合には、低温・高湿時におけるレンズの裏側の結露を防止するという効果を得ることができる。

図７に、本発明の無線装置の一実施例として、車載用のミリ波レーダー装置のブロック図を示す。図７において、ミリ波レーダー装置７０は、図２に示した誘電体レンズアンテナ１０、オシレータ７１、サーキュレータ７２、７３、ミキサ７４、カプラ７５、７６、信号処理回路７７で構成されている。

このように構成されたミリ波レーダー装置７０において、オシレータ７１はガンダイオードを発振素子として、バラクタダイオードを発振周波数制御用素子として用いて電圧制御発振器を構成している。オシレータ７１にはガンダイオードに対するバイアス電圧と周波数変調用の制御電圧ＶＣＯ−ＩＮが入力され、その出力である送信信号は、反射信号が戻らないようにサーキュレータ７２を介してカプラ７５に入力される。カプラ７５は送信信号を２つに分けて、一方をサーキュレータ７３を介して誘電体レンズアンテナ１０から放射させ、他方をローカル信号としてサーキュレータ７６に入力する。一方、誘電体レンズアンテナ１０で受信した信号は、サーキュレータ７３を介してカプラ７６に入力される。
カプラ７６は３ｄＢ方向性結合器として動作し、カプラ７５から送られてきたローカル信号を９０度の位相差を持って等分してミキサ７４の２つのミキサ回路に入力するとともに、サーキュレータ７３から送られてきた受信信号も９０度の位相差を持って等分してミキサ７４の２つのミキサ回路に入力する。ミキサ７４はローカル信号と受信信号が混合された２つの信号を平衡形ミキシングして、受信信号とローカル信号との周波数差成分をＩＦ信号として出力し、信号処理回路７７に入力する。

上記ミリ波レーダー装置７０は、たとえば上記ＶＣＯ−ＩＮ信号として三角波信号を与えることにより、信号処理回路７７でＩＦ信号から距離情報と相対速度情報を求めることができる。従って、これを車載した場合に、他の車両までの相対距離と相対速度を測定することが可能となる。しかも、本発明の誘電体レンズアンテナを用いることにより、降雪時にアンテナの効率が劣化して誤動作するのを防止することができる。

本発明の誘電体レンズアンテナの一実施例を示す図で、（ａ）は平面図を、（ｂ）はＢ−Ｂ断面図を表している。 本発明の誘電体レンズアンテナの別の実施例を示す図で、（ａ）は平面図を、（ｂ）はＣ−Ｃ断面図を表している。 本発明の誘電体レンズアンテナのさらに別の実施例を示す図で、（ａ）は平面図を、（ｂ）はＤ−Ｄ断面図を表している。 本発明の誘電体レンズアンテナのさらに別の実施例を示す平面図である。 本発明の誘電体レンズアンテナのさらに別の実施例を示す平面図である。 本発明の誘電体レンズアンテナのさらに別の実施例を示す断面図である。 本発明の無線装置の一実施例を示すブロック図である。 従来の誘電体レンズアンテナを示す図で、（ａ）は平面図を、（ｂ）はＡ−Ａ断面図を表している。

符号の説明

２ レンズ
３ 枠
１０、２０、３０、４０、５０、６０ 誘電体レンズアンテナ
１１、２２、３２、４１、５１ 発熱体
２１ 整合層
３１ レドーム
６１ センサ
６２ 制御装置
７０ 無線装置

Claims (5)

1. 誘電体を材料としたレンズと、該レンズの表面に形成した発熱体とを有し、前記発熱体は複数の発熱線を直列に接続してなり、前記発熱線の幅を、レンズの中央部では狭くし、かつレンズの端部では広くしたことを特徴とする誘電体レンズアンテナ。
2. 前記発熱体は複数の発熱線からなり、該複数の発熱線を、前記レンズを通る電波の主偏波に対して垂直の方向に沿って配置したことを特徴とする請求項１に記載の誘電体レンズアンテナ。
3. 互いに隣接する前記発熱線間の間隔を、レンズの中央部では広く、かつレンズの端部では狭く異ならせて配置したことを特徴とする請求項２に記載の誘電体レンズアンテナ。
4. 前記発熱体の周囲への着雪量を測定するセンサと、該着雪量に応じて前記発熱体の発熱量を制御する制御装置とを備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の誘電体レンズアンテナ。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の誘電体レンズアンテナを用いたことを特徴とする無線装置。

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